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2013 Fiscal Year Annual Research Report

三次元歩行解析に基づく2足歩行ロボットの運動制御系モデル構築と福祉用具の定量評価

Research Project

Project/Area Number 24360099
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

高西 淳夫  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50179462)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 林 憲玉  神奈川大学, 工学部, 教授 (10318769)
橋本 健二  早稲田大学, 理工学術院, 講師 (10449340)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywordsロボティクス / ヒューマノイド / 2足歩行 / 歩行解析
Research Abstract

本研究課題では,三次元歩行解析に基づき人間の運動制御系をモデル化し,外見だけでなく制御の点からも人体運動が模擬可能な2足ヒューマノイドロボットを開発することを目的としている.平成25年度は,以下の3点について研究を推進した.
1.軟弱路面での歩行解析:脚接地面が変形する軟弱路面において,人間の歩行運動をモーションキャプチャシステムで計測した.歩行解析の結果から,①歩幅と歩隔に有意差はないが軟弱路面では足上げ高さが高くなる傾向がある,②剛体路面と軟弱路面において左右方向の重心動揺に有意差がない,という2つの知見を得た.
2.歩行解析に基づく軟弱路面歩行安定化制御の開発:歩行解析結果で得られた知見から,左右方向の重心位置を安定化する制御法を考案した.これは,片脚支持期には足関節でトルクを発生することで重心位置を安定化し,両脚支持期には各足の床反力を目標床反力に収束させるように脚長を修正することで,重心位置の安定化を図るものである.実際にロボットを用いた歩行実験より,軟弱路面において足踏み動作と前進歩行を実現した.また,剛体路面歩行時と軟弱路面歩行時において重心動揺に有意差がないことから,本提案手法の有効性を確認した.
3.狭い歩隔と爪先開きが実現可能な下腿機構の開発:現在のロボットは下腿部のサイズが人間よりも大きいため,歩行時の歩隔は180[mm]と広く,人間と同じような90[mm]という狭い歩隔が実現できない.そこで,人間と同程度の外形寸法を有し,歩隔を狭めることが可能な下腿機構を開発した.また,足関節にYaw軸を追加したため,人間と同様に12[deg]という爪先開き角も模擬することが可能になった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り,三次元歩行解析に基づく歩行安定化制御が開発でき,狭い歩隔と爪先開きという水平面での人体運動が模擬可能な下腿機構も開発できたため,順調に進展している.

Strategy for Future Research Activity

平成25年度までに三次元歩行解析に基づく歩行安定化制御の開発とハードウェアの改良が完了したため,平成26年度は実際に2足ヒューマノイド・ロボットを用いて福祉用具を評価する.また,一部の感覚器官の情報を欠落させるなどし,障害歩行が再現可能か確認する.

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

研究成果を発表した国際会議が東京や秋田といった国内で開催されたため,旅費が当初計上していた金額よりも少なくなった.
平成26年度は,参加予定の国際会議がアメリカやブラジルで開催されるため,そのための旅費に使用し,また学術雑誌への投稿に必要な費用に充てる.

  • Research Products

    (15 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (13 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Foot Placement Modification for a Biped Humanoid Robot with Narrow Feet2014

    • Author(s)
      Kenji Hashimoto, Kentaro Hattori, Takuya Otani, Hun-ok Lim and Atsuo Takanishi
    • Journal Title

      The Scientific World Journal

      Volume: 2014 Pages: -

    • DOI

      10.1155/2014/259570

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Comparison of Bipedal Humanoid Walking with Human Being Using Inertial Measurement Units and Force-Torque Sensors2013

    • Author(s)
      Gautam Narang
    • Organizer
      2013 IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • Place of Presentation
      Kobe, Japan
    • Year and Date
      20131215-20131217
  • [Presentation] Towards Dynamically Consistent Real-time Gait Pattern Generation for Full-size Humanoid Robots2013

    • Author(s)
      Przemyslaw Kryczka
    • Organizer
      2013 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics
    • Place of Presentation
      Shenzhen, China
    • Year and Date
      20131212-20131214
  • [Presentation] Integrating the whole cost-curve of stereo into occupancy grids2013

    • Author(s)
      Martim Brandao
    • Organizer
      2013 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      20131103-20131108
  • [Presentation] Hybrid gait pattern generator capable of rapid and dynamically consistent pattern regeneration2013

    • Author(s)
      Przemyslaw Kryczka
    • Organizer
      10th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      20131030-20131102
  • [Presentation] Reaching for the unreachable: integration of locomotion and whole-body movements for extended visually guided reaching2013

    • Author(s)
      Martim Brandao
    • Organizer
      13th IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots
    • Place of Presentation
      Atlanta, GA
    • Year and Date
      20131015-20131017
  • [Presentation] Active Gaze Strategy for Reducing Map Uncertainty along a Path2013

    • Author(s)
      Martim Brandao
    • Organizer
      3rd IFToMM International Symposium on Robotics and Mechatronics
    • Place of Presentation
      Singapore
    • Year and Date
      20131002-20131004
  • [Presentation] 人体運動シミュレータとしての2足ヒューマノイドロボットの開発(第17報:歩行中の視線安定を維持する頭部姿勢安定化モデル)2013

    • Author(s)
      Przemyslaw Kryczka
    • Organizer
      日本ロボット学会第31回記念学術講演会
    • Place of Presentation
      東京都
    • Year and Date
      20130904-20130906
  • [Presentation] Walking despite the Passive Compliance: Techniques for Using Conventional Pattern Generators to Control Intrinsically Compliant Humanoid Robots2013

    • Author(s)
      Przemyslaw Kryczka
    • Organizer
      16th International Conference on Climbing and Walking Robots
    • Place of Presentation
      Sydney, Australia
    • Year and Date
      20130714-20130717
  • [Presentation] Human Balance Control during Walking on Compliant Ground2013

    • Author(s)
      Kenji Hashimoto
    • Organizer
      2nd Joint World Congress ISPGR / Gait & Mental Function
    • Place of Presentation
      Akita, Japan
    • Year and Date
      20130622-20130626
  • [Presentation] 骨盤運動に着目した2足走行ロボットの開発(第2報:骨盤運動と脚弾性を活用した跳躍運動の実現)2013

    • Author(s)
      八原昌亨
    • Organizer
      日本IFToMM会議シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京都
    • Year and Date
      20130615-20130615
  • [Presentation] 骨盤運動に着目した2足走行ロボットの開発(第1報:骨盤運動と脚弾性を活用した走行モデルの考案)2013

    • Author(s)
      大谷拓也
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2013
    • Place of Presentation
      筑波,茨城県
    • Year and Date
      20130522-20130525
  • [Presentation] Shoes-wearable Foot Mechanism Mimicking Characteristics of Human’s Foot Arch and Skin2013

    • Author(s)
      Kenji Hashimoto
    • Organizer
      2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation
    • Place of Presentation
      Karlsruhe, Germany
    • Year and Date
      20130506-20130510
  • [Presentation] New Shank Mechanism for Humanoid Robot Mimicking Human-like Walking in Horizontal and Frontal Plane2013

    • Author(s)
      Takuya Otani
    • Organizer
      2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation
    • Place of Presentation
      Karlsruhe, Germany
    • Year and Date
      20130506-20130510
  • [Remarks] 高西淳夫研究室ホームページ

    • URL

      http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/top/research/wabian/index_j.htm

URL: 

Published: 2015-05-28  

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